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【摘 要】 海洋区域大气环境恶劣，合理有效的防腐涂装方案对该使用环境下大型钢结构的安全、经济、长期使用至关重要。本文结合海洋大气环境下钢结构腐蚀的成因，对该环境下钢结构的防腐蚀措施进行了阐述，并列举了典型防腐方案以供参考。
【关键词】 海上;钢结构;防腐涂装;研究
随着我国社会主义经济事业的迅猛发展，国民工业及基础设施建设已逐步从内陆延伸至海洋，如海上油气田开发、跨海大桥建设等。钢结构由于组织结构均匀、强度高、塑性韧性密封性良好而在油气田钻探平台、大跨度桥梁梁体建设上得到了广泛应用。
海洋区域盐雾腐蚀严重，为确保海上钢结构使用安全和节省维修费用，根据其类型、结构、材料、尺寸和地理位置设计合理的防腐涂装方案尤显必要。
一、海上钢结构腐蚀的形成
海上钢结构的腐蚀主要是以下三类因素综合作用的结果：
1.1阳光、风沙、雨雪、霜露及一年四季的温度和湿度变化，大气中的氧和水分引起电化学腐蚀。
1.2工业气体中的SO2、CO2、NO2、Cl2、H2S及NH3等对钢铁的腐蚀危害不可忽视，其中SO2影响最大，Cl2可使金属表面钝化膜遭到破坏。这些气体溶于水中呈酸性，形成酸雨，腐蚀金属设施。
1.3海洋大气中含有大量的盐，主要是NaCl，盐颗粒沉降在金属表面上，由于具有吸潮性及增大表面液膜的导电作用同时Cl-本身又具有很强的侵蚀性，因而加重了金属表面的腐蚀。钢结构离海岸越近腐蚀也越严重，腐蚀速度越快。
二、海上钢结构防腐基本措施
海上钢结构防腐涂层要达到长时间使用的目的，必须采用长效保护的重防腐涂料体系方案。工程实践经验证明可以通过完整的防腐蚀涂料体系来解决钢结构的长期腐蚀防护问题。
海洋大气环境下的金属结构防腐涂料体系主要以防锈底漆、中间封闭层以及以耐紫外老化为主要功能的面漆的配套体系组成。
2.1防锈底漆
防锈底漆的普遍原理为：喷涂材料形成负电位，与钢铁形成牺牲阳极保护作用，从而使钢铁基本得到了保护。
2.1.1金属热喷涂保护
喷涂金属层与钢铁基体结合力牢固，涂层寿命长，长期经济效益好;工艺灵活，适用于重要的大型及难维修的钢铁结构的长效防护，可现场施工;喷锌或喷铝涂层加防腐涂料封闭，可大大延长涂层的使用寿命，从理论和实际应用的效果来看，喷锌或喷铝的涂层是防腐涂料的最好底层。金属喷涂层与防腐涂料涂层的复合涂层的防护寿命较金属喷涂层和防腐涂料防护层二者寿命之和还要长，为单一涂料防护层寿命的数倍。
金属热喷涂最早在20世纪40年代应用于防腐蚀工程。几十年的研究和应用使这项技术逐渐成熟，从而成为当今海上大型钢结构长效防腐的首选方法。美国联邦公路管理局FHWA-RD-96-058报告指出，热喷涂至少可以保证30年的有效使用期。英国桥梁工程师认为金属喷涂层能使桥梁钢结构得到长期的保护。在英国新建的桥梁中，90%以上采用热喷涂金属镀层和防腐蚀涂料结合的保护方案。
1988年，中国制定了热喷涂国家标准，1997年对此进行了修订，即GB/T9793-1997《金属和其它无机覆盖层—热喷涂锌、铝及其合金》，国际标准ISO14713-1998《钢结构防腐蚀保护-金属涂层指南》是关于金属涂层防腐蚀保护的最新标准。
2.1.2无机或有机富锌底漆
无机或有机富锌底漆是另一类防锈底漆，它是以具有阴极保护作用的锌粉为主要颜料的富锌底漆。它通过锌粉粒子间的互相接触和与钢基体的接触形成电通路，从而达到电化学阴极保护作用。
2.2中间漆
中间层漆在防腐蚀涂料体系中起到承上启下的作用，使各涂层之间粘结良好，形成一个整体防护体系。作为中间层漆，其与底漆和面漆必须有良好的层间附着力。因此，需要精心设计中间层漆。设计中间层漆的一般做法是：
（1）尽量选择与底漆和面漆相同、相近或相适配的基料，如在无机硅酸锌底漆和环氧富锌底漆上通常采用环氧云铁中间层漆进行配套。
（2）选择屏蔽型的颜料如云母氧化铁、铝粉、滑石粉等，使中间层漆具有较好的屏蔽阻挡作用。
（3）为了增强中间层漆与底漆的附着力，尤其是底漆的表面比较粗糙时（如热喷涂锌或铝层和厚膜型无机富锌底漆），往往采用粘度较稀的中间过渡层漆（tiecoat）。这些中间过渡层漆能很好地渗透到金属镀层和无机富锌底漆的不平表面中，起到良好的锚固作用。
2.3面漆
面漆是整个防腐蚀涂料体系的第一道关口，能够阻挡外界腐蚀介质渗透到涂层中。如氯化橡胶云铁面漆具有很好的耐海洋大气的保护性能，在厦门地区已有十年以上的实际暴露试验数据。目前采用最多的面漆是丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆的应用也在增加。面漆具有装饰和标志作用。防腐蚀涂料体系中面漆的装饰作用越来越受到人们的重视和关注。以城市大型桥梁为例，它们的外观色调是靠整个保护涂料体系的面漆来体现的。如厦门海沧跨海大桥选择银兰色为主色调，宜昌长江大桥则采用红色调，它们都是与周围环境和当地的人文地理有着协调的关系。
三、海上钢结构典型防腐涂料配套体系
3.1金属热喷涂层与有机涂料体系
采用金属热喷涂层作为防锈底漆与中间层漆和面漆的配套体系推荐标准如表1∽表3所示（表1中的封闭漆通常使用环氧封闭漆）。
表1 ISO14713热喷涂防腐蚀涂层体系
腐蚀环境/年 涂层寿命 涂层体系
C5
（海洋和工业大气） ≥20 喷铝150μm+封闭层
喷锌150μm+封闭层
Im2
（海水和盐水的水环境） ≥20 喷铝250μm
喷铝150μm+封闭层 喷锌250μm
喷锌150μm+封闭层
表2 AWSC2.2–67热喷锌、铝涂层钢铁防护推荐标准
腐蚀环境 涂层体系
含盐、高湿度和工业大气（重） 喷铝150μm+磷化底漆1道+铝粉乙烯面漆2道
水线以上 喷铝150μm+磷化底漆1道+铝粉乙烯面漆2道
水线以下 喷铝150μm+磷化底漆1道+乙烯面漆2道
表3 GB/T1527-1995《铁路钢桥保护涂装》标准
腐蚀环境 涂层体系
沿海、工业 喷锌200μm+灰铝锌醇酸面漆2道，70μm
污染地区 喷锌200μm+灰云铁醇酸面漆2道，80μm
3.2采用无机和有机富锌底漆
海上大型钢结构建造时间较长，故需要参照造船工业使用的车间底漆对钢板进行预处理保护。采用的车间底漆中，富锌底漆体系的性能要比不含锌粉而用屏蔽型颜料的涂料体系更好。一般来讲，采用无机富锌底漆比有机富锌底漆（如环氧富锌底漆、聚氨酯富锌底漆）的体系有更好的防腐蚀性能。两者在接近白的喷沙表面上（Sa2.5级）都显示出优良的腐蚀防护性能。但在对涂层划伤区的保护上，无机富锌底漆体系要比有机富锌底漆体系更好。无机富锌底漆主要分醇溶性无机硅酸锌车间底漆和水性无机锌底漆。醇溶性无机硅酸锌车间底漆干燥快，受环境气候影响比水性无机锌底漆小，目前工程上多采用醇溶性无机硅酸锌车间底漆。由于富锌底漆表面具有粗糙和多孔特性，需要采用一种兼备连接功能和屏蔽功能的中间层漆如环氧云铁防锈漆和厚膜环氧连接漆。
3.3涂料选择与涂装注意事项
在涂料产品选择和施工中需要重点考虑和关注的问题有如下方面。
（1）醇溶性无机硅酸锌车间底漆和醇溶性无机富锌底漆的配套性。由于海上大型钢结构一般建造周期长，在钢板涂装富锌车间底漆后有相当一段时间是在工厂内进行焊接和组装成为加劲梁结构。因此，当结构件完成后，进行涂装无机富锌底漆时要求能与仍保持完好的车间底漆有良好的配套性。除最好采用同样的厂家产品外，要求进行涂料的配套性试验，有效的方法是测定配套涂层间的附着力。
（2）因为最后一道面漆在整个桥梁完全安装后才涂装，所以需要测定2道聚氨酯面漆中间的可复涂性。
因试验时间较短，须采用在涂装第1道聚氨酯面漆后进行人工加速老化性能试验，然后再涂装第2道聚氨酯面漆，以测定2道面漆之间的完整性和适配性。
（3）由于各分段钢加劲梁的建造加工工地和实际
钢结构安装的位置往往不在同一地点，从钢结构部件制作完成后运到桥梁工地要经过一段时间，因此，钢结构构件的表面易受到海水的不同程度的污染，为了确保已涂装表面与最后1道聚氨酯面漆的附着力，需要在安装前对各分段安装的钢结构表面进行淡水清洁，以去除表面的盐垢和其它污染物。对个别涂层已破损的表面应重新除锈并修补涂层。
（4）对于梁形构件内部的涂料体系设计，国外的做法是在梁体内部采用去湿机，而不是防腐涂层。但是，这种方案不一定适合国内的现况，采用环氧富锌底漆1道的保护设计可能更为可靠。
四、结论
海上钢结构所处的环境极其恶烈，因此，钢结构的腐蚀防护至关重要。而金属热喷涂和有机涂料复合保护技术的成功应用，为海上大型钻探平台、跨海桥梁建设的发展提供了保障，并为节省海上钢结构建筑维护费用、减少由于采用油漆防腐造成的环境污染发挥其更大的作用。
【关键词】 海上;钢结构;防腐涂装;研究
随着我国社会主义经济事业的迅猛发展，国民工业及基础设施建设已逐步从内陆延伸至海洋，如海上油气田开发、跨海大桥建设等。钢结构由于组织结构均匀、强度高、塑性韧性密封性良好而在油气田钻探平台、大跨度桥梁梁体建设上得到了广泛应用。
海洋区域盐雾腐蚀严重，为确保海上钢结构使用安全和节省维修费用，根据其类型、结构、材料、尺寸和地理位置设计合理的防腐涂装方案尤显必要。
一、海上钢结构腐蚀的形成
海上钢结构的腐蚀主要是以下三类因素综合作用的结果：
1.1阳光、风沙、雨雪、霜露及一年四季的温度和湿度变化，大气中的氧和水分引起电化学腐蚀。
1.2工业气体中的SO2、CO2、NO2、Cl2、H2S及NH3等对钢铁的腐蚀危害不可忽视，其中SO2影响最大，Cl2可使金属表面钝化膜遭到破坏。这些气体溶于水中呈酸性，形成酸雨，腐蚀金属设施。
1.3海洋大气中含有大量的盐，主要是NaCl，盐颗粒沉降在金属表面上，由于具有吸潮性及增大表面液膜的导电作用同时Cl-本身又具有很强的侵蚀性，因而加重了金属表面的腐蚀。钢结构离海岸越近腐蚀也越严重，腐蚀速度越快。
二、海上钢结构防腐基本措施
海上钢结构防腐涂层要达到长时间使用的目的，必须采用长效保护的重防腐涂料体系方案。工程实践经验证明可以通过完整的防腐蚀涂料体系来解决钢结构的长期腐蚀防护问题。
海洋大气环境下的金属结构防腐涂料体系主要以防锈底漆、中间封闭层以及以耐紫外老化为主要功能的面漆的配套体系组成。
2.1防锈底漆
防锈底漆的普遍原理为：喷涂材料形成负电位，与钢铁形成牺牲阳极保护作用，从而使钢铁基本得到了保护。
2.1.1金属热喷涂保护
喷涂金属层与钢铁基体结合力牢固，涂层寿命长，长期经济效益好;工艺灵活，适用于重要的大型及难维修的钢铁结构的长效防护，可现场施工;喷锌或喷铝涂层加防腐涂料封闭，可大大延长涂层的使用寿命，从理论和实际应用的效果来看，喷锌或喷铝的涂层是防腐涂料的最好底层。金属喷涂层与防腐涂料涂层的复合涂层的防护寿命较金属喷涂层和防腐涂料防护层二者寿命之和还要长，为单一涂料防护层寿命的数倍。
金属热喷涂最早在20世纪40年代应用于防腐蚀工程。几十年的研究和应用使这项技术逐渐成熟，从而成为当今海上大型钢结构长效防腐的首选方法。美国联邦公路管理局FHWA-RD-96-058报告指出，热喷涂至少可以保证30年的有效使用期。英国桥梁工程师认为金属喷涂层能使桥梁钢结构得到长期的保护。在英国新建的桥梁中，90%以上采用热喷涂金属镀层和防腐蚀涂料结合的保护方案。
1988年，中国制定了热喷涂国家标准，1997年对此进行了修订，即GB/T9793-1997《金属和其它无机覆盖层—热喷涂锌、铝及其合金》，国际标准ISO14713-1998《钢结构防腐蚀保护-金属涂层指南》是关于金属涂层防腐蚀保护的最新标准。
2.1.2无机或有机富锌底漆
无机或有机富锌底漆是另一类防锈底漆，它是以具有阴极保护作用的锌粉为主要颜料的富锌底漆。它通过锌粉粒子间的互相接触和与钢基体的接触形成电通路，从而达到电化学阴极保护作用。
2.2中间漆
中间层漆在防腐蚀涂料体系中起到承上启下的作用，使各涂层之间粘结良好，形成一个整体防护体系。作为中间层漆，其与底漆和面漆必须有良好的层间附着力。因此，需要精心设计中间层漆。设计中间层漆的一般做法是：
（1）尽量选择与底漆和面漆相同、相近或相适配的基料，如在无机硅酸锌底漆和环氧富锌底漆上通常采用环氧云铁中间层漆进行配套。
（2）选择屏蔽型的颜料如云母氧化铁、铝粉、滑石粉等，使中间层漆具有较好的屏蔽阻挡作用。
（3）为了增强中间层漆与底漆的附着力，尤其是底漆的表面比较粗糙时（如热喷涂锌或铝层和厚膜型无机富锌底漆），往往采用粘度较稀的中间过渡层漆（tiecoat）。这些中间过渡层漆能很好地渗透到金属镀层和无机富锌底漆的不平表面中，起到良好的锚固作用。
2.3面漆
面漆是整个防腐蚀涂料体系的第一道关口，能够阻挡外界腐蚀介质渗透到涂层中。如氯化橡胶云铁面漆具有很好的耐海洋大气的保护性能，在厦门地区已有十年以上的实际暴露试验数据。目前采用最多的面漆是丙烯酸聚氨酯面漆，氟碳面漆的应用也在增加。面漆具有装饰和标志作用。防腐蚀涂料体系中面漆的装饰作用越来越受到人们的重视和关注。以城市大型桥梁为例，它们的外观色调是靠整个保护涂料体系的面漆来体现的。如厦门海沧跨海大桥选择银兰色为主色调，宜昌长江大桥则采用红色调，它们都是与周围环境和当地的人文地理有着协调的关系。
三、海上钢结构典型防腐涂料配套体系
3.1金属热喷涂层与有机涂料体系
采用金属热喷涂层作为防锈底漆与中间层漆和面漆的配套体系推荐标准如表1∽表3所示（表1中的封闭漆通常使用环氧封闭漆）。
表1 ISO14713热喷涂防腐蚀涂层体系
腐蚀环境/年 涂层寿命 涂层体系
C5
（海洋和工业大气） ≥20 喷铝150μm+封闭层
喷锌150μm+封闭层
Im2
（海水和盐水的水环境） ≥20 喷铝250μm
喷铝150μm+封闭层 喷锌250μm
喷锌150μm+封闭层
表2 AWSC2.2–67热喷锌、铝涂层钢铁防护推荐标准
腐蚀环境 涂层体系
含盐、高湿度和工业大气（重） 喷铝150μm+磷化底漆1道+铝粉乙烯面漆2道
水线以上 喷铝150μm+磷化底漆1道+铝粉乙烯面漆2道
水线以下 喷铝150μm+磷化底漆1道+乙烯面漆2道
表3 GB/T1527-1995《铁路钢桥保护涂装》标准
腐蚀环境 涂层体系
沿海、工业 喷锌200μm+灰铝锌醇酸面漆2道，70μm
污染地区 喷锌200μm+灰云铁醇酸面漆2道，80μm
3.2采用无机和有机富锌底漆
海上大型钢结构建造时间较长，故需要参照造船工业使用的车间底漆对钢板进行预处理保护。采用的车间底漆中，富锌底漆体系的性能要比不含锌粉而用屏蔽型颜料的涂料体系更好。一般来讲，采用无机富锌底漆比有机富锌底漆（如环氧富锌底漆、聚氨酯富锌底漆）的体系有更好的防腐蚀性能。两者在接近白的喷沙表面上（Sa2.5级）都显示出优良的腐蚀防护性能。但在对涂层划伤区的保护上，无机富锌底漆体系要比有机富锌底漆体系更好。无机富锌底漆主要分醇溶性无机硅酸锌车间底漆和水性无机锌底漆。醇溶性无机硅酸锌车间底漆干燥快，受环境气候影响比水性无机锌底漆小，目前工程上多采用醇溶性无机硅酸锌车间底漆。由于富锌底漆表面具有粗糙和多孔特性，需要采用一种兼备连接功能和屏蔽功能的中间层漆如环氧云铁防锈漆和厚膜环氧连接漆。
3.3涂料选择与涂装注意事项
在涂料产品选择和施工中需要重点考虑和关注的问题有如下方面。
（1）醇溶性无机硅酸锌车间底漆和醇溶性无机富锌底漆的配套性。由于海上大型钢结构一般建造周期长，在钢板涂装富锌车间底漆后有相当一段时间是在工厂内进行焊接和组装成为加劲梁结构。因此，当结构件完成后，进行涂装无机富锌底漆时要求能与仍保持完好的车间底漆有良好的配套性。除最好采用同样的厂家产品外，要求进行涂料的配套性试验，有效的方法是测定配套涂层间的附着力。
（2）因为最后一道面漆在整个桥梁完全安装后才涂装，所以需要测定2道聚氨酯面漆中间的可复涂性。
因试验时间较短，须采用在涂装第1道聚氨酯面漆后进行人工加速老化性能试验，然后再涂装第2道聚氨酯面漆，以测定2道面漆之间的完整性和适配性。
（3）由于各分段钢加劲梁的建造加工工地和实际
钢结构安装的位置往往不在同一地点，从钢结构部件制作完成后运到桥梁工地要经过一段时间，因此，钢结构构件的表面易受到海水的不同程度的污染，为了确保已涂装表面与最后1道聚氨酯面漆的附着力，需要在安装前对各分段安装的钢结构表面进行淡水清洁，以去除表面的盐垢和其它污染物。对个别涂层已破损的表面应重新除锈并修补涂层。
（4）对于梁形构件内部的涂料体系设计，国外的做法是在梁体内部采用去湿机，而不是防腐涂层。但是，这种方案不一定适合国内的现况，采用环氧富锌底漆1道的保护设计可能更为可靠。
四、结论
海上钢结构所处的环境极其恶烈，因此，钢结构的腐蚀防护至关重要。而金属热喷涂和有机涂料复合保护技术的成功应用，为海上大型钻探平台、跨海桥梁建设的发展提供了保障，并为节省海上钢结构建筑维护费用、减少由于采用油漆防腐造成的环境污染发挥其更大的作用。